组成原理实验报告运算器组成实验.doc

课 程 实 验 报 告课程名称： 计算机组成原理 计算机科学与技术学院一、实验名称实验名称：运算器组成实验二、实验目的1、掌握带累加器的运算器实验2、掌握溢出检测的原理及实现方法3、理解有符号数和无符号数运算的区别4、理解基于补码的加减运算实现原理5、熟悉运算器的数据传输通路三、实验设备JZYL型计算机组成原理实验仪一台芯片：74LS181运算器芯片2片 74LS373 8D锁存器3片四、实验任务自己设计一个电路和利用实验参考电路进行实验，实验要求先将多个运算数据事先存入存储器中，再由地址选中，选择不同的运算指令，进行运算，并将结果显示，还可以进行连续运算和移位，最后将最终结果写入到存储器中。 参考电路： 技术要点1） 利用74181设计8位运算器；2） 设计基于单符号位的溢出检测方法和实现电路。要求能支持有符号数和无符号数加法运算的溢出检测。选择适当的数据验证你所设计的电路的功能。3） 利用373芯片增加累加器功能对上述电路进行综合集成，利用多路选择器设计电路，实现对有符号数（用补码进行计算）和无符号数运算、加/减运算的支持；5、 设计实验 74LS373管脚图 74LS373真值表DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻态2）74LS181：74LS181是一个四位运算器。实验中要用多个如下图所示的异或门来实现数据的奇偶校验。 74LS181 管脚图74LS181 功能表2、设计思路1） 将两片74LS181通过373连在一起，通过373的锁存功能实现八位运算2） 溢出检测的设计：无符号：无符号运算中，若最高位存在进位，则表示有溢出，否则则表示无溢出，所以只需直接将最高进位位（即Cn+4）与灯相接，高电位表示有溢出，低电位表示无溢出（电路图略）有符号：根据运算过程中最高数据位的进位与符号位的进位位是否一致进行检测，设运算过程中最高数据位的进位产生的进位信号为Cd，符号位产生的进位信号为Cf，当参加运算的两数均为正数时，则Cf = 0且符号位之和为Sf = 0，此时若Cd = 1，则导致运算结果的符号位与参加运算的数的符号位不同，会发生溢出；当参加运算的两数为负数，则Cf = 1，且之和为Sf = 0，此时只有Cd = 1才能使Sf = 1，运算结果的符号位才与参加运算的符号相同，若Cd = 0，则Sf = 0导致运算结果的符号位与参与运算的数的符号位不同，也会发生溢出。综上所述，利用公式即可进行溢出检测。但上述方案在已有条件下难以实现，经老师建议，改为根据操作数和运算结果的符号是否一致进行溢出检测。设，为参加运算数的符号位，为结果的符号位，为溢出标志符，当取1时表示发生一处。基于该方法的公式为：六、实验结果的记录与分析1、实验过程1构造八位运算器检测记录：构造八位运算器检测记录表S3 S2 S1 S0数据A数据B运算结果MCn10010000000100000001000000100110010000001000000001000000110110010000000100000010000000110110011000000010000000000000000111100000000100000001000000000111000000001000000000000000101110000000000000000100000001011101010101001010101111111110该记录表明：8位运算器构造成功2、实验过程2添加溢出检测检测记录添加溢出检测检测记录表S3 S2 S1 S0数据A数据B运算结果MCn溢出10010111111110000000001111111011该记录表明：溢出检测添加失败，没有达到预期效果3、实验过程3添加373芯片后检测记录添加373芯片后检测记录表脉冲A脉冲BS3S2S1S0数据结果A结果BMCn1010010000000100000001000000000101100100000001000000010000000101101001000000010000001000000001010110010000000100000010000000100110100100000010000001000000001001011001000000100000010000000100011010010000001000000110000001000101100100000010000001100000011001该记录表明：可实现累计和数据传送4、实验过程4添加求补电路后检测记录添加求补电路后检测记录表脉冲A脉冲BS3S2S1S0数据结果A结果BMCn0/1101001000001010000010100000000011011001000001010000010100000101011001001100000110000010100000101000101001100000110000001000000101000该记录表明：可实现求补功能并完成负数运算和减法运算七、收获与体会 这次实验是第一次组成原理实验，上学期做数字逻辑实验室用过这样的试验台，所以还不算什么都不清楚的状况。其实看老师给出了很多的连线图，本来觉得会容易很多吧，可能不需要3个时间单元。结果，跟我们想象中的完全不一样。虽然自己要设计的东西很少，但是在实验过程中却是不那么顺利。实验第一步很简单，按照给的图连线，在进行验证，结果完全正确。这时我们觉得这个实验应该不会太难。但是做到第二步的增加溢出检测电路并验证的时候就出现问题了，实验结果并不是完全正确，有时候不该溢出时却溢出了。为了完成这一项，我们花费了很多时间，检查连线，检查芯片好坏，检查设计是否出错，等等。这时候我们终于意识到为什么老师说以前的学生做实验搞到很晚是为什么。第三步也很简单，只是简单地连线而已。到第四步又来了一个难点，求补运算，一开始求反后不知道怎么加1。这个问题也困